DE102007001140A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Dosierung von Flüssigkeiten - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Dosierung von Flüssigkeiten Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dosierung von Flüssigkeiten mit einer Dosiervorrichtung, wobei eine gewünschte Masse der Flüssigkeit dosiert werden soll, bei welchem in einem ersten Schritt eine Flüssigkeit in einen Behälter dosiert wird, wobei die Dosierung der Flüssigkeit volumetrisch erfolgt, danach die Masse der zugegebenen Flüssigkeit bestimmt wird, nach einer vorgegebenen Wartezeit die Masse der zugegebenen Flüssigkeit erneut bestimmt wird, die Differenz von zwei im Abstand der vorgegebenen Wartezeit bestimmten Massen gebildet wird und eine erneute Bestimmung der Masse erfolgt, wenn die Differenz einen vorgegebenen Wert übersteigt, gegebenenfalls eine erneute Dosierung, bis die Differenz zwischen der Masse an zudosierter Flüssigkeit und einer vorgegebenen Masse der zu dosierenden Flüssigkeit einen vorgegebenen Wert unterschreitet. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dosierung von Flüssigkeiten gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung zur Dosierung von Flüssigkeiten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
  • Bei der Herstellung von flüssigen Formulierungen, zum Beispiel von Lacken, Klebstoffen, Cremes, Lebensmitteln usw., müssen Flüssigkeiten mit stark unterschiedlichen Fließeigenschaften mit möglichst hoher Genauigkeit dosiert werden. Die Flüssigkeiten können beispielsweise niedrig- oder hochviskos sein, sich newtonsch oder nicht-newtonsch verhalten oder eine Fließgrenze aufweisen.
  • Derzeit werden unterschiedliche Flüssigkeiten, insbesondere auf vollautomatischen Anlagen, wie sie zum Beispiel für die Hochdurchsatzforschung eingesetzt werden, mit unterschiedlichen Dosiersystemen zudosiert oder es ist erforderlich, für jede Flüssigkeit eine Vielzahl an Parametern einzustellen. So ist zum Beispiel der Einsatz von Line-Dispensern auf niedrigviskose Flüssigkeiten beschränkt oder aber es muss mit Vordruck gearbeitet werden.
  • Üblicherweise arbeiten die aus dem Stand der Technik bekannten Dosiervorrichtungen volumetrisch. Derartige Dosiervorrichtungen sind zum Beispiel Pumpendosiermodule. Da es jedoch zum Beispiel bei der Formulierung von Lacken üblich ist, die Dosiermassen anzugeben, muss für derartige Dosiervorrichtungen die Dichte sehr genau bekannt sein, um gravimetrisch genau dosieren zu können.
  • Die gravimetrische Dosierung erfolgt zum Beispiel wie aus DE-A 101 59 272 bekannt in mehreren Schritten. Hierbei erfolgt die Steuerung der Dosierung der dem ersten Schritt nachfolgenden Teilschritte jeweils auf Basis des im vorherigen Teilschritt berechneten Massendurchflusses.
  • Nachteil des aus dem Stand der Technik bekannten Verfahrens ist jedoch, dass nachlaufende oder nachtropfende Flüssigkeit bei der Dosierung nicht berücksichtigt wird. Eine hochgenaue Dosierung ist somit nicht möglich. Das Nachlaufen ergibt sich zum Beispiel durch erforderlichen hohen Druck, wenn die Viskosität der Flüssigkeit hoch ist oder wenn kompressible Flüssigkeiten oder im Medium enthaltenes Gas komprimiert werden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Dosierung von Flüssigkeiten mit einer Dosiervorrichtung, wobei eine gewünschte Masse der Flüssigkeit dosiert werden soll, umfasst folgende Schritte:
    • a) Dosieren einer Flüssigkeit in einen Behälter, wobei die Dosierung der Flüssigkeit volumetrisch erfolgt,
    • b) Bestimmen der Masse der zugegebenen Flüssigkeit,
    • c) erneutes Bestimmen der Masse der zugegebenen Flüssigkeit nach einer vorgegebenen Wartezeit,
    • d) Bilden der Differenz von zwei im Abstand der vorgegebenen Wartezeit bestimmten Massen und Wiederholen von Schritt c), wenn die Differenz einen vorgegebenen Wert übersteigt,
    • e) gegebenenfalls Wiederholen der Schritte a) bis d), bis die Differenz zwischen der Masse an zudosierter Flüssigkeit und der vorgegebenen Masse der zu dosierenden Flüssigkeit einen vorgegebenen Wert unterschreitet.
  • Vorteil des Verfahrens ist es, dass es für die volumetrische Dosierung nicht erforderlich ist, die genaue Dichte nach einem Dosierschritt zu bestimmen. Zudem ist ein genaues Dosieren möglich, da auch ein Nachtropfen der dosierten Flüssigkeit berücksichtigt wird. Solange sich die Masse im Behälter zwischen zwei Messungen ändert, tropft noch Flüssigkeit nach. Somit ist eine dynamische Dosierung möglich, bei der die Wartezeiten bis zur Nachdosierung oder bis zur Dosierung einer neuen Flüssigkeit an die zu dosierende Flüssigkeit angepasst sind. Bei Flüssigkeiten, bei denen ein längeres Nachtropfen auftritt, dies ist zum Bei spiel bei Flüssigkeiten mit einer hohen Viskosität der Fall, ist die Wartezeit bis zur Durchführung der Nachdosierung länger als zum Beispiel bei Flüssigkeiten, die nur eine kurze oder keine Nachtropfzeit aufweisen.
  • Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass zur Ermittlung der Dosierparameter, zum Beispiel der Wartezeit nach der Dosierung, insbesondere bei neuen Stoffen und Mischungen keine Vortests erforderlich sind. Auch ist es möglich, unterschiedlichste Stoffe mit einer Dosiereinheit mit gleichbleibend hoher Genauigkeit zu dosieren.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich in vollautomatischen Dosieranlagen, zum Beispiel in Dosieranlagen für die Hochdurchsatzforschung, einsetzen, bei der Stoffe dosiert werden müssen, deren Eigenschaften im Voraus nicht bekannt sind.
  • Auch Fehler durch eine unzureichende Steifheit der Dosieranlage werden durch das erfindungsgemäße Verfahren ausgeglichen. Zudem wird jeder Stoff schnellstmöglich dosiert.
  • Bevorzugt werden nacheinander mit der gleichen Dosiervorrichtung mindestens zwei unterschiedliche Flüssigkeiten zudosiert. Hierdurch lassen sich zum Beispiel Kosten für eine weitere Dosiereinheit sparen.
  • Um die gesamte nachtropfende Flüssigkeit zu berücksichtigen, ist die vorgegebene Wartezeit in Schritt c) zwischen zwei Massebestimmungen vorzugsweise größer als die Fallzeit eines Tropfens. Hierdurch wird die Zudosierung oder Nachdosierung eines Stoffes erst dann beendet, wenn kein Tropfen mehr nachtropft.
  • Um gegebenenfalls Ungenauigkeiten bei der Massebestimmung auszuschließen und trotzdem zum frühestmöglichen Zeitpunkt nachdosieren zu können, ist der in Schritt d) vorgegebene Wert für die Differenz zwischen zwei im Abstand der vorgegebenen Wartezeit bestimmten Massen vorzugsweise kleiner als die Masse eines Tropfens der zu dosierenden Flüssigkeit.
  • Um eine Überdosierung zu vermeiden, ist es bevorzugt, dass die volumetrische Dosierung in Schritt a) anhand der Dichte der zu dosierenden Flüssigkeit erfolgt. Die Menge der zudosierten Flüssigkeit ist zunächst kleiner als die vorgegebene Menge. Die Dichte wird zum Beispiel abgeschätzt und ein eher etwas höherer Wert in der Steuerung eingegeben. Aus der Dichte und dem Sollwert für die zuzudosierende Masse wird das ungefähre Volumen berechnet.
  • Bei unbekannter Dichte der zuzudosierenden Flüssigkeit ist es möglich, dass zunächst ein Teil des Volumens zudosiert wird. Nach dem Dosieren wird aus der in Schritt c) bestimmten Masse und dem zudosierten Volumen die Dichte berechnet. Mit Hilfe der so berechneten Dichte werden dann die Schritte a) bis d) wiederholt, bis die gewünschte Masse zudosiert worden ist.
  • Erfindungsgemäß wird das Verfahren in einer Vorrichtung durchgeführt, die eine volumetrische Dosiereinrichtung, eine Vorrichtung zur Bestimmung der Masse und Mittel zur Steuerung umfasst, wobei mit dem Mittel zur Steuerung die Differenz der Masse zwischen einer ersten Bestimmung und einer zweiten Bestimmung gebildet wird und mit einem gespeicherten Wert verglichen werden kann.
  • Als volumetrische Dosiereinrichtung eignen sich zum Beispiel Spritzen oder Pumpen.
  • Die Wartezeit zwischen der ersten und der zweiten Bestimmung der Masse wird vorzugsweise durch das Mittel zur Steuerung vorgegeben. Weiterhin ist es auch bevorzugt, dass mit dem Mittel zur Steuerung aus einer vorgegebenen Dichte der zu dosierenden Flüssigkeit und der gewünschten zu dosierenden Masse an Flüssigkeit ein zuzudosierendes Volumen bestimmt wird. Weiterhin ist es auch bevorzugt, dass mit dem Mittel zur Steuerung die Dichte aus der bestimmten Masse und dem tatsächlich zudosierten Volumen berechnet wird.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Die einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • In 1 ist ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
  • In einem ersten Schritt S1 wird zunächst volumetrisch Flüssigkeit in einen Behälter dosiert. Wenn die Dichte der Flüssigkeit nicht bekannt ist, ist es nicht möglich, mittels volumetrischer Dosierung, die zum Beispiel mit Hilfe von Spritzen oder Pumpen durchgeführt wird, gravimetrisch zu dosieren. Hierzu ist die Überwachung mit einer Waage erforderlich. Für die Dosierung wird die Dichte abgeschätzt und in ein Mittel zur Steuerung eingegeben.
  • Vorzugsweise ist der eingegebene Wert größer als die abgeschätzte Dichte. Hierdurch kann vermieden werden, dass eine zu große Masse zudosiert wird. Aus der eingegebenen Dichte und dem Sollwert für die zuzudosierende Masse wird das ungefähre Volumen berechnet, welches zugeführt werden muss.
  • Bei nicht bekannter Dichte wird die Flüssigkeit vorzugsweise in mehreren Stufen dosiert. In diesem Fall wird in Schritt S1 zunächst nur ein Teil der zuzudosierenden Menge zudosiert. So werden zum Beispiel zunächst 80% des Volumens dosiert. Selbstverständlich ist auch jeder andere Anteil, der kleiner als 100% des Volumens ist, möglich. Dieser Anteil liegt bevorzugt im Bereich von 60 bis 95%. Anschließend wird in einem Schritt S2 die Masse der in Schritt S1 zugeführten Flüssigkeit bestimmt.
  • Im Allgemeinen baut sich während des Dosierschrittes S1 ein Druck auf. Dieser Druck ist umso größer je höher die Viskosität der zu dosierenden Flüssigkeit ist. Kompressible Flüssigkeiten oder im Medium enthaltenes Gas werden komprimiert. Sobald die volumetrische Dosierung beendet ist, zum Beispiel durch Stoppen den Kolbenvorschubes einer Spritze, tropft oder läuft Flüssigkeit nach, bis der Druckausgleich beendet ist. Dies kann in Abhängigkeit von den Fließeigenschaften der Flüssigkeit unterschiedlich lange dauern. Um eine Überdosierung zu vermeiden, ist es notwendig, die Zeit, in der Flüssigkeit nachläuft beziehungsweise nachtropft, abzuwarten, bevor ein nächster Dosierschritt durchgeführt wird. Wenn hierbei eine hohe Wartezeit gewählt wird, werden jedoch auch einfach zu dosierende Stoffe, d. h. Stoffe, die nicht oder nur sehr kurze Zeit nachlaufen oder nachtropfen, sehr langsam dosiert.
  • Um dies zu vermeiden, wird sofort nach der volumetrischen Dosierung in Schritt S1 die Masse der zudosierten Flüssigkeit in Schritt S2 bestimmt. Nach der Massebestimmung in Schritt S2 wird in Schritt S3 eine vorbestimmte Wartezeit abgewartet. Die Wartezeit ist vorzugsweise größer als die Fallzeit eines Tropfens. Die Wartezeit wird vorzugsweise ebenfalls in den Mitteln zur Steuerung des Dosierverfahrens eingegeben. Hierdurch wird eine automatische Dosierung ermöglicht.
  • Nach der Wartezeit in Schritt S3 wird in einem Schritt S4 erneut die Masse der zudosierten Flüssigkeit bestimmt. Wenn noch Flüssigkeit nachgelaufen oder nachgetropft ist, unterscheidet sich die in Schritt S4 bestimmte Masse von der in Schritt S2 bestimmten Masse der Flüssigkeit. Ein Vergleich dieser beiden Werte wird in Schritt S5 durchgeführt. Der Vergleich kann ebenfalls in den Mitteln zur Steuerung des Dosierverfahrens durchgeführt werden.
  • Zum Vergleich der in den Schritten S2 und S4 bestimmten Massen wird die Differenz aus diesen gebildet und mit einem vorgegebenen Wert verglichen. Dieser vorgegebene Wert ist vorzugsweise kleiner als die Masse eines Tropfens. Auf diese Weise wird bereits erkannt, wenn die Masse zwischen den Messungen in Schritt S2 und S4 um die Masse eines Tropfens zugenommen hat. Auf diese Weise lässt sich ein Nachtropfen erkennen. Um jedoch Wägeungenauigkeiten auszuschließen, ist der Wert, mit dem die Differenz aus den beiden Massebestimmungen verglichen wird, vorzugsweise größer als 0.
  • Wenn die Differenz aus den Massebestimmungen in Schritt S2 und S4 größer ist als der vorbestimmte Wert, wird erneut die Wartezeit in Schritt S3 abgewartet. Daran anschließend erfolgt eine neue Bestimmung der Masse in Schritt S4.
  • Um festzustellen, ob noch weiterhin Flüssigkeit nachgelaufen oder nachgetropft ist, wird die jetzt in Schritt S4 bestimmte Masse mit der im vorhergehenden Durchlauf in Schritt S4 bestimmten Masse verglichen. Dies wird so lange wiederholt, bis die Differenz zwischen zwei aufeinanderfolgend gemessenen Werten für die zudosierte Flüssigkeitsmasse kleiner ist als der vorgegebene Wert.
  • Nachdem sich zwischen zwei aufeinanderfolgend durchgeführten Messungen die Masse der Flüssigkeit nicht mehr geändert hat, wird dieser zuletzt bestimmte Wert für die Flüssigkeitsmasse mit dem Sollwert für die Masse der zuzugebenden Flüssigkeit verglichen. Dieser Vergleich erfolgt in Schritt S6. Wenn sich bei dem Vergleich in Schritt S6 zeigt, dass die Masse der zugegebenen Flüssigkeit vom Sollwert der zuzugebenden Masse um mehr als einen vorgegebenen Wert abweicht, ist es notwendig, Flüssigkeit nachzudosieren. Hierzu werden die Schritte S1 bis S6 wie vorstehend beschrieben erneut durchgeführt. Sobald in Schritt S6 die Differenz zwischen der tatsächlich zudosierten Flüssigkeitsmasse und dem Sollwert für die Masse der zuzudosierenden Flüssigkeit kleiner als die vorgegebene Abweichung ist, wird der Dosiervorgang beendet.
  • Die vorgegebene Abweichung zwischen der tatsächlich zudosierten Masse an Flüssigkeit und dem Sollwert der zuzugebenden Masse an Flüssigkeit ist die Toleranz, innerhalb derer die Dosierung erfolgt. Dieser Wert wird vorzugsweise ebenfalls in den Mitteln zur Steuerung des Dosiervorganges vorgegeben.
  • Um mit dem zweiten Dosierschritt den vorgegebenen Sollwert für die zuzudosierende Masse möglichst genau zu erreichen, ist es möglich, dass aus dem zudosierten Volumen und der gemessenen Masse der Flüssigkeit die Dichte berechnet wird. Mit diesem Dichtewert lässt sich das genaue Volumen der noch fehlenden Masse bestimmen. Um jedoch ein Überdosieren zu verhindern, kann etwas weniger Flüssigkeit zugegeben werden, damit aufgrund der verzögerten Flüssigkeitsabgabe durch das Nachlaufen beziehungsweise Nachtropfen keine zu große Flüssigkeitsmenge dosiert wird. Wenn ohne Wartezeit dosiert wird, ist der Druck am Ende des Dosierschrittes noch nicht abgebaut und im nächsten Dosierschritt läuft mehr als berechnet nach. Dies kann zu einer Überdosierung führen.
  • Durch das wiederholte Messen jeweils nach dem Abwarten einer Wartezeit, um festzustellen, ob Flüssigkeit nachgelaufen oder nachgetropft ist, lässt sich die Wartezeit kürzer einstellen als die längste Wartezeit, die benötigt wird, für die Substanz, die am längsten nachtropft oder nachläuft. Auf diese Weise ist eine dynamische Dosierung möglich. Nach dem Dosieren jeder Flüssigkeit braucht nur so lange gewartet werden, bis diese Flüssigkeit nicht mehr nachläuft oder nachtropft. Bei Flüssigkeiten, deren Nachtropfen oder Nachlaufen schnell beendet ist, ist die Wartezeit kurz, während bei Flüssigkeiten, die noch lange nachlaufen oder nachtropfen, eine entsprechend höhere Wartezeit mit jeweils zwischenliegenden Messungen abgewartet wird, bis der nächste Dosierschritt durchgeführt wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur automatisierten Dosierung von Flüssigkeiten. So kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Beispiel auf einer vollautomatischen Anlage, zum Beispiel für die Hochdurchsatzforschung, verwendet werden. Hierbei können die unterschiedlichsten Flüssigkeiten mit einer gleichbleibend hohen Genauigkeit dosiert werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich mit jeder, dem Fachmann bekannten Dosiervorrichtung durchführen, wenn diese Mittel zur Steuerung umfasst. Geeignete Mittel zur Steuerung sind zum Beispiel Steuerungsgeräte oder Rechner. Zur automatisierten Durchführung des Verfahrens ist es lediglich erforderlich, dass Daten von der volumetrischen Dosiervorrichtung und von der Waage zur Steuerungsvorrichtung übertragen werden können.
  • Selbstverständlich ist es alternativ auch möglich, das erfindungsgemäße Verfahren nicht automatisiert durchzuführen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 10159272 A [0005]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Dosierung von Flüssigkeiten mit einer Dosiervorrichtung, wobei eine gewünschte Masse der Flüssigkeit dosiert werden soll, welches folgende Schritte umfasst: a) Dosieren einer Flüssigkeit in einen Behälter, wobei die Dosierung der Flüssigkeit volumetrisch erfolgt, b) Bestimmen der Masse der zugegebenen Flüssigkeit, c) erneutes Bestimmen der Masse der zugegebenen Flüssigkeit nach einer vorgegebenen Wartezeit, d) Bilden der Differenz von zwei im Abstand der vorgegebenen Wartezeit bestimmten Massen und Wiederholen von Schritt c), wenn die Differenz einen vorgegebenen Wert übersteigt, e) gegebenenfalls Wiederholen der Schritte a) bis d), bis die Differenz zwischen der Masse an zudosierter Flüssigkeit und einer vorgegebenen Masse der zu dosierenden Flüssigkeit einen vorgegebenen Wert unterschreitet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nacheinander mit der gleichen Dosiervorrichtung mindestens zwei unterschiedliche Flüssigkeiten zudosiert werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Wartezeit in Schritt c) größer ist als die Fallzeit eines Tropfens.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die volumetrische Dosierung in Schritt a) anhand der Dichte der zu dosierenden Flüssigkeit erfolgt, wobei die Menge der zudosierten Flüssigkeit zunächst kleiner als die vorgegebene Menge ist, um eine Überdosierung zu vermeiden.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte der zu dosierenden Flüssigkeit abgeschätzt wird, wenn diese nicht genau bekannt ist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt d) der vorgegebene Wert für die Differenz zwischen zwei im Abstand der vorgegebenen Wartezeit bestimmten Massen kleiner ist als die Masse eines Tropfens der zu dosierenden Flüssigkeit.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte der zuzudosierenden Flüssigkeit aus der in Schritt c) bestimmten Masse und dem zudosierten Volumen berechnet wird, bevor Schritt e) durchgeführt wird.
  8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Schritte 1 bis 5, umfassend eine volumetrische Dosiereinrichtung, eine Vorrichtung zur Bestimmung der Masse und Mittel zur Steuerung, wobei mit dem Mittel zur Steuerung die Differenz aus den Werten einer im Abstand einer vorgegebenen Wartezeit durchgeführten ersten und zweiten Bestimmung der Masse gebildet und mit einem gespeicherten Wert verglichen werden kann.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wartezeit zwischen der ersten und zweiten Bestimmung der Masse durch das Mittel zur Steuerung vorgegeben wird.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Mittel zur Steuerung aus einer vorgegebenen Dichte der zu dosierenden Flüssigkeit und der gewünschten zu dosierenden Masse an Flüssigkeit ein zuzudosierendes Volumen bestimmt wird.
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